Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Journal bearing with an intensive axial oil flow - computer simulations

100%

Sęp J.

|

2008

|

tom Vol. 43, nr 2

7-19

EN

The paper presents some selected calculation results whose purpose is to find the dimensions of the spiral groove on the journal bearing that the load capacity should not be impaired. A three-dimensional oil flow was considered which was described with the Navier-Stokes equations and the equation of energy. The system of equations was solved by applying the finite element method. It is proved that a 0.1 mm deep and 0.4 mm wide triangular groove does not cause a reduction in the load capacity of the bearing and ensures an intensification of the axial oil flow.

PL

W artykule przedstawiono wyniki komputerowych symulacji przepływu oleju w łożysku ślizgowym, ukierunkowanych na poszukiwanie takich wymiarów śrubowego rowka na czopie, który nie będzie powodował zmniejszenia nośności łożyska. Rozważano trójwymiarowy przepływ oleju, który został opisany równaniem Naviera-Stokesa oraz równaniem energii. Opisujący przepływ oleju układ równań rozwiązano metodą elementów skończonych. Stwierdzono, że trójkątny rowek o głębokości 0,1 mm oraz szerokości 0,4 mm powoduje zmniejszenie nośności łożyska, a jednocześnie intensyfikuje osiowy przepływ oleju.

2

Stereoscopic particle image velocimetry for application in three-dimensional flow within a spiral vortex pulsatile blood pump

100%

Yagi T. , Yang W. , Ishikawa D. , Iwasaki K. , Umezu M.

|

2006

|

tom Vol. 26, no. 2

53-62

EN

There is currently no multidimensional flow diagnostic tool developed which is capable of elucidating 3D complex flow structures in pulsatile ventricular assist devices (VAD). According to recent clinical reports, most VAD may have a persistent risk of thromboembolism even in administration of systematic medical therapy. The present study, therefore, aims to demonstrate the applicability of Stereoscopic ParticIe Image Velocimetry (SPIV) for characterizing highly 3D complex flows within a pulsatile blood pump. SPIV measurements were carried out within a Spiral Vortex pulsatile blood pump (SV pump). In order to assess the measurement accuracy, the results were compared with those obtained with Laser Doppler Anemometry (LDA). In experiments, a full-scale Perspex model of the SV pump was employed. A Newtonian blood-analog fluid was used with the approximately same refractive index as the Perspex. A flow rate was set at 8.3 L/min (Re=2500) under steady conditions. SPIV measurements revealed 3D complex flow characteristics of a steady swirling flow generated within a conical housing. The flow, similar to a model of Rankine vortex, exhibited intricate natures in a three-dimensional manner, particularly in a core region at the swirling center and in the immediate downstream of inlet flow. In measurement comparisons, the results of SPIV measurements were in agreement with those from LDA. These results successfully demonstrated the viability as well as the efficacy of SPIV measurement in investigating 3D complex flows within the SV pump.

3

Wpływ wzajemnego położenia kierownic na sprawność i pole przepływu dwustopniowej turbiny

100%

Smolny A.

|

tom Z. 428

1--247

PL

Przedstawione w pracy badania zjawiska clockingu zrealizowano w Instytucie Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej na stanowisku badawczym dwustopniowej turbiny modelowej. W wieńcach wirnikowych użyto geometrii z rzeczywistej turbiny parowej, a samą turbinę zmodyfikowano dla wymaganego zakresu badań przepływowych. Koncepcja clockingu jest atrakcyjną metodą podwyższenia sprawności wielostopniowej maszyny przepływowej, np. dwustopniowej turbiny. Oznacza ona, że sprawność turbiny, przy takiej samej liczbie łopatek w kierownicach lub w wirnikach, będzie zależała od wzajemnego położenia wieńców kierownic (clocking kierownic) lub od wzajemnego położenia wieńców wirnikowych (clocking wirników). Ustawiając optymalne po obwodzie położenie wieńców kierownic lub wirników lub też kierownic i wirników (total clocking) można zmniejszyć straty w turbinie i zwiększyć jej sprawność. Potencjalny zysk związany ze zjawiskiem clockingu może być wykorzystany również w wielu innych obszarach. Optymalne ustawienie wieńców kierowniczych i wirujących może prowadzić do spadku temperatury łopatek wirnika, zmniejszenia drgań maszyny, zmniejszenia jej hałasu, rozszerzenia zakresu stabilnej pracy, itp. W szczególności zjawisko clockingu wpływa na straty w turbinie. W przypadku clockingu kierownic w dwustopniowej turbinie w pierwszym stopniu aerodynamiczna interakcja kierownicy z wirnikiem powoduje zróżnicowanie przepływu na obwodzie za pierwszym wirnikiem zgodnie z podziałką kierownicy. Potencjał clockingu zależy od możliwości wykorzystania tego zróżnicowania przepływu dla poprawienia parametrów przepływu w turbinie, a w szczególności do zmniejszenia strat w warstwach przyściennych rozwijających się na łopatkach wieńców.. Należy podkreślić, że mechanizm clockingu kierownic czy wirników nie jest jeszcze w pełni zrozumiany, co wynika ze złożoności zjawisk niestacjonarnych w wielostopniowych maszynach przepływowych. W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i obliczeniowych wpływu clockingu kierownic na pole przepływu i sprawność dwustopniowej turbiny. Do badań wybrano specjalną geometrię turbiny, w której poprzez przyjęcie odpowiedniego stosunku liczby łopatek w kierownicach do liczby łopatek w wirnikach zintensyfikowano oddziaływanie clockingu kierownic na pole przepływu w kanałach wirnikowych. Układ zasilania zapewnił bardzo stabilne warunki na wlocie do turbiny, co dało możliwość identyfikacji oddziaływań przepływu niestacjonarnego oraz badań wpływu wzajemnego ustawienia kierownic na sprawność turbiny. W ramach pracy rozbudowano i przetestowano system pomiarowy dla identyfikacji efektów zjawisk związanych z clockingiem kierownic. System ten umożliwił pomiary zewnętrznych charakterystyk przepływu z bardzo dużą precyzją, co było niezbędne dla zbadania wpływu clockingu na sprawność turbiny. Obliczenia przepływu wykonano komercyjnym kodem obliczeniowym rozwiązującym 3D równania Naviera-Stokesa. Obliczenia wykonano metodą „frozen -rotor” dla przepływu stacjonarnego. W ramach pracy zidentyfikowano niejednorodny obwodowo przepływ za pierwszym wirnikiem. Określono jego wpływ na straty w warstwach przyściennych rozwijających się na łopatkach drugiej kierownicy i w drugim wirniku. Oszacowanie zmian strat w warstwach przyściennych wykonano przy pomocy prostej metody obliczania strat na podstawie prędkości opływu łopatki wyznaczonej z obliczonego (wirniki) lub pomierzonego (kierownice) rozkładu ciśnienia na łopatkach. Przeprowadzono również badania warstwy przyściennej przy pomocy przyklejanych do ścianki łopatki drugiej kierownicy przetworników termoane-mometrycznych. Określono lokalny wpływ clockingu kierownic na warstwę przyścienną. Skorelowano badania strat w warstwie z rozkładem zmian turbulencji w warstwie wywołanej oddziaływaniem śladu z pierwszej kierownicy. Ustalono, że maksymalne straty w warstwie przyściennej związane są z napływem na profil drugiej kierownicy strugi o największej prędkości z równoczesnym oddziaływaniem turbulencji śladu na stronie ssącej łopatki. Wykonano modyfikację pierwszej kierownicy zamieniając łopatki cylindryczne na krzywoliniowe. Celem tego etapu badań było zbadanie wpływu zmian kształtu śladu załopatkowego na sprawność i clocking kierownic badanej turbiny. Sprawność turbiny wzrosła o 0.5% w stosunku do turbiny z pierwszą kierownicą z łopatkami cylindrycznymi. Clocking kierownic wzmocnił oddziaływanie śladów, a osłabił oddziaływanie przepływu wtórnego przy wewnętrznym obrzeżu w drugim stopniu turbiny. Zmiany sprawności turbiny zależą od możliwości wykorzystania zjawiska clockingu na całej wysokości kanału łopatkowego do redukcji strat w turbinie. Stąd wniosek, że badania zjawiska clockingu są bardzo ważne dla ulepszenia metod obliczeniowych, które będą zastosowane do projektowania stopni turbin następnej generacji, w których interakcja wewnętrznych struktur przepływu będzie wykorzystana do redukcji strat i podwyższenia sprawności turbiny. Realizacja projektu pozwoliła zebrać obszerny materiał z badań eksperymentalnych i numerycznych dotyczący złożonych zjawisk w niestacjonarnym przepływie trójwymiarowym. Materiał ten pozwoli lepiej rozumieć zjawiska związane z aerodynamiczną interakcją wieńców stacjonarnych - kierownic i wirujących - wirników w wielostopniowych maszynach przepływowych i dalej doskonalić metody ich obliczeń dla pozytywnego wykorzystania tych efektów do podniesienia sprawności wielostopniowych osiowych maszyn przepływowych.

EN

The investigations presented herein were conducted at the Institute of Turbomachinery, Technical University of Lodz, Poland on a two-stage low-pressure industrially relevant turbine configuration. The objective of this work was to study stator clocking mechanism to improve aerodynamic efficiency of the turbine. When the neighbouring stators or rotors of a turbine have equal number of vanes/blades, the turbine efficiency can be affected by changing the relative circumferential positions of these vane/blade rows. Finding an optimal relative circumferential position of stators and rotors in a multistage axial turbine is the subject of extensive investigations in the last decade. An optimal clocking position of stators and rotors in a multistage turbine aims to maximize the overall efficiency of the turbine. Experimental findings could show the effect of clocking on turbine efficiency, however the level of variation is not yet clear. The two stage turbine was especially designed for this investigation of the stator clocking mechanism. The design, the manufacturing of the turbine was one significant task of this work. The supply system to the turbine maintains very stable conditions at the inlet, which, aside of the basic researches, allowed for identification of unsteady flow effects on turbine performance and investigations of the airfoil clocking. Within the frames of the present project, a measurement system for identification of unsteady phenomena effects, especially of the reciprocal influence of stators (clocking effect) has been developed. The system made it possible to measure overall parameters of flow characteristics with high precision, which is indispensable in the investigations of phenomena related to unsteady structures, for instance those occurring in boundary layers and near end walls. It is of key importance for the turbine efficiency measurement. Due to the low aspect ratio of the turbine stator vanes secondary flow structures dominate particularly at the hub at the exit of the second stator and rotor. At the exit of the first rotor the interaction region of stator and rotor wakes and secondary flows clearly appears periodically with the stator vane pitch at a fixed location in the stationary frame of reference. By changing the circumferential position of the first stator row relative to the second one, the location of this interaction region can be adjusted relative to the leading edge of the second stator. The investigations were aimed at collecting data for modeling the interactions between above-mentioned the interaction region and boundary layers developed on the second stator vanes versus relative positions of turbine stators (clocking). However, the high three-dimensionality of the flow induced by secondary vortex and wake interactions causes only minor changes of loss over vane span in the second stator and high, but local, in the second rotor versus stator clocking. In result, the local span-wise efficiency variation versus the stator clocking could be out of phase in the radial direction. Therefore, the overall change of the turbine efficiency for nominal speed was found to be only marginal. Some potential of reducing losses in boundary layers and secondary flows was found as a beneficial effect of stator clocking. At this point it has to be pointed out that this rather small effect on the turbine efficiency is characteristic for the tested turbine geometry, which was designed using classical steady calculation method with „mixing plane” approach. It must not lead to a general conclusion, that clocking has a minor influence on efficiency. During the project, the numerical modeling applying a commercial code three-dimensional Navier-Stokes calculations of the flow, especially of profile pressure distribution on the first and second stators and rotors profiles, was conducted. In this case of the stationary simulations the „frozen rotor” interface between stationary and rotational domains was applied. Steady numerical approaches approximate the real flow in turbines, but unfortunately they neglect some aspects of real flow physics. However, it allows rather correct prediction of static blade pressure distribution versus clocking which was a base for boundary layer losses calculation. In this work a novel method was investigated that allows to estimate change of boundary layer and secondary flow losses versus clocking position basing on vane pressure measurements and calculations. The modified bowed vanes in the first stator were applied to provide a better insight into the first-stator wake-shape interaction versus stator clocking. Measurements and computations clearly show that this modification is effective and the flow field is significantly modified in the hub region of the second stator. The aerodynamic performance of the modified turbine has been improved of about 0.5 % due to the enhanced flow control in the second stator and lower interaction between vortical structures of the first and second stators. This clocking strategies give slightly higher benefit, which is a result stronger of the first stator wake interaction with the downstream stator row. The clocking of the first stator blade row does not affect the time-averaged flow profiles of the first stage, but clearly influences the circumferential positions of low-pressure region behind the first rotor. The strength of those effects is related to vane/blade loading of the downstream rows and have a potential to influence the formation of wake and secondary flow structures in the downstream blade rows. The current study has demonstrated that the evaluation of overall potential clocking effect requires the consideration of loss changes in all blade/vane rows of the turbine. The research work intends to shed further light on the issue of vane/blade loss changes versus clocking by investigations of the time-averaged static pressure distributions on the turbine profile.

4

Numerical simulation of the isothermal and nonisothermal flow in a rotating cavity

100%

Zieliński A. , Tuliszka-Sznitko E.

Inżynieria Chemiczna i Procesowa

|

2006

|

tom T. 27, z. 3/1

951-963

EN

The 3D direct numerical simulation is performed to study the isothermal and nonisothermal flow in the rotating annular cavity of aspect ratio 9. Identification and characterization of mechanisms, related to the laminar-turbulent process in rotating cavities, should improve the prediction methods and lead to new, more effective boundary layer control strategies. Numerical computations are based on a pseudo-spectral Chebyshev-Fourier method for solving the governing equations. The numerical computations allowed us to describe the steady axisymmetric basic state and 3D instability structures which appear in the transitional flow.

PL

Badano trójwymiarowy, niestacjonarny i nieizotermiczny przepływ między dwoma wirującymi dyskami i dwoma cylindrami. Badania prowadzono metodą bezpośrednią spektralnej kolokacji opartej na szeregu Fouriera i szeregu Czebyszewa. Analizowano struktury niestabilnościowe powstające w różnych warunkach brzegowych w obszarze przejścia laminarno-turbulentnego. Stwierdzono występowanie wirów cylindrycznych i pozytywnych wirów spiralnych w konfiguracji wirnik-stojan, a także negatywnych wirów spiralnych w przestrzeni o dyskach wirujących w przeciwnych kierunkach.

5

Three dimensional MHD Casson fluid flow over a stretching surface with variable thermal conductivity

80%

Ganga B. , Charles S. , Abdul Hakeem A. K. , Nadeem S.

|

2021

|

tom Vol. 20, nr 1

25--36

EN

The three-dimensional magnetohydrodynamic (MHD) boundary layer flow of a Casson fluid over a stretching surface set into a porous medium with variable thermal conductivity and heat generation/absorption has been researched. Conservation laws of mass, momentum and energy are changed into ordinary differential equations, which are numerically dealt with by applying the fourth order Runge-Kutta integration scheme in relationship with shooting procedure. The dimensionless velocity, temperature, skin friction coefficient and the local Nusselt number inside the boundary layer are processed and examined through tables and illustrations for various physical parameters. The numerical outcomes obtained for the specific case are sensible in great concurrence with the existing results. Results indicate that momentum boundary layer reduces for the Hartman number and Casson fluid parameter. Temperature is found as an enlightened function for the heat generation and thermal conductivity parameter.